風力發電并網技術及電能控制分析

王生林

國家能源集團龍源（青海）新能源開發有限公司 青海西寧 810000

1 風力發電并網技術的

1.1 同步風力發電機組的并網

（1）交流連接方式。在并網之前，同步發電機組大多和系統不同步，因此并網時需要進行整步及整同步操作，目的是有效減小沖擊電流與沖擊力矩，使其與系統無論是電壓、角速度還是相位都相一致。理想的狀況是在并列的那一刻，電磁力矩和發電機定子電流都處于零的狀態。但是，整步操作通常要2-4min才能完場電壓、相位角以及角速度的調節，如果系統電壓與頻率出現快速變化，整步的時間更長，風力發電機的動力不太穩定時，要將其整步到準同步則難度更大。實際上要達到十分理想的并網條件幾乎是難以實現的，通常都有一定的偏差存在，因而會有一定的沖擊電流產生，這就需要將其控制在合理的范圍內[1]。

（2）交-直-交連接方式。這種并網方式需要對交流電進行整流，使其變為直流電，然后使用逆變器進行轉換，又變為交流電，并與系統頻率一致。但是，這個過程對逆變器的要求較高，控制以來比較麻煩，而且增加了成本，同時逆變器工作過程中會對系統的電能質量產生影響。所以，其適用性較差，小型同步風力發電機組可以采用這種技術。

1.2 異步風力發電機組的并網

異步風力發電機組運行時，對負荷的調整主要是依賴于轉差率實現，因此相對于同步風力發電機組而言，其對機組的調速精度沒有那么嚴格的要求，并網時只要保證轉速與同步轉速差不多就可以進行，整步操作或同步設備就用不上了。控制裝置簡單成為異步發電機的最大優勢，而且并網后可避免失步或震蕩現象的發生，能夠實現穩定、安全可靠的運行。然而其也存在不足之處，如果直接進行并網，很大概率會有大沖擊電流產生，引起電壓下降，對系統的安全運行造成不利影響；同時，由于系統不具備無功功率，因而必須進行無功補償；系統電壓太高，會造成磁路出現飽和的情況，增大了無功激磁電流，使定子電流出現過載現象，最終導致功率因素快速降低。

2 風電并網運轉運行實驗

2.1 動態無功抵償設備公用特性測試實驗

對風電并網運轉方式進行實驗，動態無功抵償設備功用特性測試就是其中之一，主要目的就是確定電容抵償投切的一系列步驟以及操作是否符合相關標準。整個實驗操作非常簡單，要求在運轉機組進行并網的過程中，對發電機的輸出功率進行調整，同時還需要改變機組的負載狀態。并且，在實際操作中為了降低各項因素對實驗結果可靠性的干擾，應盡量保證在盡量差工況以及風速不穩定的發電狀態下來進行實驗，可最大程度地保證實驗結果的準確性[2]。

2.2 風電場電能質量測試實驗

在進行風電場電能質量測試實驗前，應確定風電場風機處于停運狀態下，并對所有并網點進行一次全面檢測，通過此項操作來驗證確定各次諧波電壓的安穩度以及電壓總諧波是否正常。假如風電場處于正常的運轉狀態，則應對各功率區間、諧波電壓來進行測試，由此便可來判斷風電場諧波電流是否符合相關標準。

3 風電并網對電網的影響

3.1 諧波影響

①應用風力發電并網技術過程中涉及到的逆變器形成諧波；②風力電源在接通后進行工作的過程中本身會形成諧波源。這些方面都可能是引入較多諧波的因素，從而使電網整個結構的電能質量受到影響。除此之外，就目前的風力發電技術來說，大多數的風力發電機組利用軟并網的技術方式完成并網，此過程易產生大量沖擊電流，當切出風速低于外界風速時，風機就會處于額定處理狀態之外，對并網技術下電網供電質量造成了嚴重的影響。

3.2 電壓波與閃變

利用風力發電并網技術進行發電會造成對電壓的影響，易產生電壓的波動和閃變。在對風力發電并網進行連接的過程中，若連接位置與配電變壓器非常接近時，則此接入工作只會輕微地影響電網產生電壓閃變，但是接連位置與配電變壓器非常靠近時，則會對電流產生較大影響，會造成饋線附近電壓的大幅度波動，致使用于發電的用電設備受到損害，進一步使其正常的運行狀態受到影響。除此之外，由于接入了風力發電，導致電網電壓升高，特別是當前用于風力發電的電機較多的為異步電機，此發電機在進行旋轉磁場的構建時會消耗大量的無功功率，這些功率的分布嚴重影響著整個電壓的情況，在利用并網技術對這些發電大規模進行入網處理之后，就會消耗掉其中的一大部分無功功率，這會在一定程度上提高線路上的壓降。

4 風力發電電能控制要點

4.1 并網諧波控制

想要降低風電并網對電網運行狀態的影響，需要選擇合適有效的方法來進行電能質量控制，比較成熟的方法如抑制諧波。可向系統增設靜止無功補償設備，利用其所具有的判斷無功功率狀態是否變化的特點，來對可能產生變化的無功功率狀態進行可靠跟蹤，實際應用準確度高且反應迅速。并且，增設的靜止無功補償設備還能夠調節電壓的起伏程度，例如因為風速變化不穩定時，使得電壓大小起伏變化，以此來有效消除諧波，保證風力發電機組的運行狀態不會影響到電網的電能質量[3]。

4.2 電壓波動與閃變控制

①增設有源電力濾波設備。風力發電并網技術的應用，為避免過程中出現電壓閃變問題，需要在負荷電流產生較大波動前，對因負荷變化產生的無功電流進行補償，做到補償負荷電流的目的。在風力發電系統中，可關斷電子設備作為其中的零件之一，將其應用到有源電力濾波設備中，能夠通過電子控制設備來將此過程中的系統電源更換掉，實現畸變電流向電壓負荷的輸送，確定只向負荷電流提供系統正弦基波電流。②增設優良補償設裝置。為有效抑制電壓波動的產生，可選擇向系統增設動態恢復設備以及增設優良補償裝置的方式應對。通過補償裝置自身具有的可存儲能量單元，來確保無功功率被提供出去的同時可以再次進行補償，避免電壓變動造成的不良影響，達到控制電網電能質量的目的。

5 結語

風力發電技術已經比較成熟，而可選擇的并網技術雖然實際應用效果良好，但依然存在一定問題，為保證并網不會對電網電能質量產生影響，還需要做更為深入的研究。同時，總結經驗確定風電并網電能質量控制的要點，不僅要增設各項設備，還應改善電功率因素，科學合理的選擇確定供電線路導線截面等，爭取通過多項措施來維持電網的高質量供電。